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为什么我们生存的空间是3D的, 而不是5D呢

你可能从来没有想过为什么宇宙只有三个空间维度,但是这个问题一直困扰着物理学家。

一种将粒子物理与称为纽结理论的东西混合在一起的想法不仅可以提供解释,还可以为宇宙在其创造后不久经历的巨大的爆炸提供解释。

事实上,空间的静态体积有3个自由度——宽度、深度和长度——看起来是如此的基本,很难想象一个宇宙的其他存在方式。试着想象一个四维的超立方体,你会很快感觉到你的大脑不够用了。我们不能排除空间中存在其他维度的可能性,在尺度上折叠如此紧凑,以至于我们根本无法体验它们。虽然像弦理论这样的模型为九种或更多这样的维度提供了理论依据,但在我们找到确凿的证据来证明它们存在之前,我们需要关注的是人类、行星和星系的宏观尺度。

一个由物理学家组成的国际团队正在寻找这个神奇数字背后的原因,他们发现了一个强有力的竞争者,他们把这个模型称为“棘手的通货膨胀”。

研究人员从一些相当完善的物理学元件通量管开始,它起源于詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔在19世纪的电磁学模型中。磁通量管或多或少地描述了由磁产生的假想力线的通道。量子世界也有类似的粘性系统。因此,通量管也可以用于量子尺度,来解释为什么夸克通过特定方式结合在一起,形成像质子和中子这样的厚实的亚原子粒子。

把一对磁体分开,给我们两个小磁铁,每个磁体都有一个北端和一个南端。量子世界也类似,只是有一处不同;如果你把一对粘着的夸克分开,通量管会拉伸直到它断。这个场的能量会产生另一个夸克和一个反夸克。有时,这对夫妇会马上走到一起并且湮灭。有时,每一个夸克都抓住了原来一对的一半,形成新的伙伴关系。当宇宙只有几微秒的时候,夸克占主导地位。所以说,通量管的存在可能也是个大问题。这是物理学家错综复杂的推测的起点。

来自范德比尔大学的研究人员Thomas Kephart说:“我们已经采取了已知的通量管现象,并将其提升到更高的能级。”

把一个通量管和一个夸克和一个反夸克都拿出来实验就应该结束了,特别是如果夸克和反夸克再一次湮灭。但也有一个特殊的例外——这些管子在技术上并不局限于单维直线。通量管的复杂排列可以有不同的能力,其中一些可以超过它们所产生的夸克和反夸克,它们可以作为一个结在一起。

这些节的最佳配置是什么?是的,它们在三维空间中是最稳定的。更有意义的是,他们很快就找到了一种打破的方法。当宇宙膨胀到足以让夸克结合在一起时,空的空间就会充满了这些通量管结的纠缠。

研究人员对这种通量管所含的能量进行了计算,发现这足以驱动“通货膨胀”一段时间。

我们的宇宙在各个方向上几乎都是一样的。这使得宇宙学家们认为它在相当早期的时候经历了一次巨大的膨胀,从一个质子的大小到大约一秒的一个葡萄柚的大小。Kephart说:“我们的磁通管网络不仅提供了推动“通货膨胀”所需的能量,也解释了为什么它突然停止了。”

“随着宇宙开始膨胀,磁通管网络开始衰减,最终分裂,消除了为膨胀提供动力的能量源。”考虑到稳定的管子是在三维空间中打结的,任何其他的自由度都被留在了灰尘中。

研究人员已经在实验中发现了一些奇怪的新物理现象,他们重新创造了夸克的等离子体和它们的胶子粒子。尽管这项研究是一个简洁的模型,但不久之后,我们就有了更确凿的证据,证明我们的宇宙有一段扭曲的历史。


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